CN111740879A - 一种数据采集与数据转发网关实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动化采集控制领域，提供了一种数据采集与数据转发网关实现方法，S1.建立连接：监控系统向通讯网关发出连接请求，通讯网关响应来自监控系统的连接请求，与监控系统建立连接；S2.通讯链路确认：监控系统向通讯网关发送心跳包，检验通讯链路是否正常，通讯网关向监控系统回应心跳包，确认通讯链路正常；S3.数据链路确认：监控系统向通讯网关发请求包，确认数据链路是否正常，通讯网关向监控系统回应数据包，确认数据链路正常，数据传送生效，保持长连接，然后处理传送数据，实现循环信息交互。本实现方法实现不同工控设备实现互联互通，只需熟悉一种协议，降低了开发调试成本，提高了工作效率。

Description

一种数据采集与数据转发网关实现方法
技术领域
本发明涉及自动化采集控制领域，尤其是涉及一种数据采集与数据转发网关实现方法。
背景技术
现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
常用的现场总线包括Profibus、Modbus、EtherCAT、Lightbus、CANopen、ControlNet、Symotion和PROFINET等种类，例如Modbus是一种基于主/从结构的开放式串行通讯协议，Symotion基于10/100M以太网物理层，应用层使用canopen及精简协议，在工业历史发展中产生了几大行业、数百种工控协议，这些协议不能通用，造成不同工控协议的工业设备不能互联互通，多现场总线标准共存及各总线标准互不兼容的现状，给工业控制网络的搭建造成很多不便，工作效率也比较低下，因此，还有改善的空间。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种数据采集与数据转发网关实现方法，只需熟悉一种协议内容，利用通讯网关与多个仪器、仪表的接口通讯，实现不同工控设备实现互联互通，降低了开发调试成本，提高了工作效率的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种数据采集与数据转发网关实现方法，所述实现方法包括以下步骤：
S1.建立连接：监控系统向通讯网关发出连接请求，通讯网关响应来自监控系统的连接请求，与监控系统建立连接；
S2.通讯链路确认：监控系统向通讯网关发送心跳包，检验通讯链路是否正常，通讯网关向监控系统回应心跳包，确认通讯链路正常，若通讯链路连接异常，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
S3.数据链路确认：监控系统向通讯网关发请求包，确认数据链路是否正常，通讯网关向监控系统回应数据包，确认数据链路正常，数据传送生效，保持长连接，然后处理传送数据，实现循环信息交互，若数据传送超时断开连接，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
其中，通过通讯网关上的开放端口以传输控制协议的方式为监控系统提供数据转发和控制服务，然后监控系统下发控制指令至通讯网关，通讯网关根据监控系统的控制指令将采集的数据转发至仪器、仪表，通讯网关再将仪器、仪表的数据信息传回给监控系统。
进一步地，所述监控系统在空闲时每隔2s向通讯网关发送心跳包。网关在5s内没收到监控系统任何信息，会剔除监控系统连接。
进一步地，所述通讯网关采用8串口以串行现场总线的通讯方式仪器、仪表的数据。
进一步地，所述通讯网关根据采集设备的类型和数量，自动生成对上转发的信息点表，所述仪器、仪表收集的数据，根据信息点表排列的地址放入相应位置，所述监控系统根据信息点表提供的地址实时采集所需数据。
进一步地，所述监控系统根据提供的信息点表把控制指令写入通讯网关指定的地址区，所述通讯网关根据地址，计算判断出此控制指令下发到的仪器、仪表的位置。
进一步地，所述通讯网关采用“逢变则报”通讯机制，信息变化主动推送服务，所述通讯网关每次推送一个数据块。
进一步地，所述步骤S3中通讯网关根据信息变化的数据推送至监控系统连接的系统客户端。
进一步地，所述通讯网关检测不到系统客户端的存在时，所述步骤S2中通讯网关向监控系统发送ping指令，判断通讯链路是否正常。
进一步地，所述仪器、仪表将接收的数据存入同步数据模块中，采用同步锁的方式对同步数据模块进行读写操作。
进一步地，所述通讯网关还包括断连续传模块，当通讯网关检测到传输控制协议链路断开后，自动执行数据缓存，传输控制协议链路恢复连接后，所述断连续传模块建立多条通讯链路传送缓存数据和实时数据。
在本发明中，首先通讯网关与监控系统建立连接，监控系统向通讯网关发送心跳包，检验通讯链路是否正常，通讯网关向监控系统回应心跳包，确认通讯链路正常，若通讯链路连接异常，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；然后监控系统向通讯网关发请求包，确认数据链路是否正常，通讯网关向监控系统回应数据包，确认数据链路正常，数据传送生效，保持长连接，然后处理传送数据，实现循环信息交互，若数据传送超时断开连接，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
其中利用通讯网关的规约解析器以传输控制协议的方式与仪器、仪表进行通信，根据仪器、仪表的通讯协议，通讯网关选择对应的通讯协议驱动，根据监控系统所需要的数据制定采集信息点表，通讯网关从仪器、仪表中采集的数据根据内部地址表映射到通讯网关内存相应存储区域，通讯网关上的开放端口为监控系统提供数据转发和控制服务，且监控系统也提供遥控指令，下发至通讯网关，通过规约解析器转发至其他监控系统、仪器和制备等，完成对其他监控系统、仪器和设备的控制。
通讯网关根据采集仪表、仪器的类型和数量，自动生成对上转发的信息点表。采集的仪器、仪表采集的数据根据信息点表排列的地址放入相应位置，监控系统根据信息点表提供的地址实时采集所需数据。
监控系统根据提供的信息点表，把控制指令写入通讯网关指定的地址区，通讯网关根据地址的值，计算、判断出此控制指令下发到哪条总线的哪一个仪表设备。下发完成指令后并把控制设备的反馈信息及时传回给监控系统，实现控制流程的闭环。
其次，本发明采用同步锁的方式管理多个任务对同步数据模块进行读写操作，以保证数据的安全性和一致性；通讯网关监测到对上服务的TCP链路断开后，自动执行数据缓存，每隔一段时间把数据缓存至硬盘，当TCP重连后，先传缓存数据，缓存数据传完后，再传实时数据。
当通讯网关检测不到有连接客户端存在2s后，通讯网关向监控系统发送ping指令，判断对上的通讯链路是否正常。
在本发明中，通讯帧结构定义为：
1.监控系统请求通讯网关数据
Figure BDA0002533748670000041
2.通讯网关响应监控系统并推送数据至监控系统
Figure BDA0002533748670000042
3.通讯网关推送突变数据至监控系统
Figure BDA0002533748670000051
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种数据采集与数据转发网关实现方法，利用通讯网关与多个仪器、仪表的接口通讯，实现不同工控设备实现互联互通，降低了开发调试成本，提高了工作效率的优点；
2.本发明提供了一种数据采集与数据转发网关实现方法，分布式通讯网关大大增强了系统健壮性、稳定性，通讯网关承上启下既负责前置通讯采集又担当系统数据转发服务，为系统服务器分担了大量的I/O通讯任务，不仅适量降低系统服务器硬件资源配置，也相应大大降低了系统风险。
3.本发明提供了一种数据采集与数据转发网关实现方法，系统集成商或运维人员只需熟悉一种协议，大大降低工程实施成本及运维难度。
附图说明
图1为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的采集网络图；
图2为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的仪器、仪表的类表图；
图3为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的仪器、仪表的设备表图；
图4为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的向上转发的数据信息点表；
图5为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的向下控制的数据信息点表；
图6为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的通讯网关读取的类表文件图；
图7为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的通讯网关读取一个串口的配置信息图；
图8为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的监控系统与通讯网关建立通讯连接流程；
图9为本发明数据采集与数据转发网关实现方法的监控系统每次向通讯网关发送连接请求的流程。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
在本发明一较佳实施例中，一种数据采集与数据转发网关实现方法，包括通讯网关、仪器、仪表、监控系统和同步数据模块，通讯网关选择仪器、仪表支持的协议驱动进行同步、异步通讯实时获取采集信息。在本实施例中，通讯网关的操作系统为嵌入式Linux系统，所述通讯网关可以为TX01-2-ID:1或TX01-2-ID:2，测控装置为仪器、仪表，监控系统包括电力监控系统和智能运维系统，采集网络图见图1。
在本实施例中，根据采集的要求填写设备的信息点表，主要信息内容包括信号标签、数据类型、寄存器地址，采集所用功能码及控制所用功能码等信息，参考图2，仪器、仪表可以为马达保护器，采集信息可以为平均电流、有功功率、平均电压、通讯故障、DO控制字等信息；根据需要采集设备的类型填写设备信息表，主要信息内容包括位置编号、表计地址指仪器、仪表在总线的位置，参考图3。
填写好信息点表和设备信息表后，计算生成采集点表，所述采集电表包括变量标签、数据类型、转发地址。监控设备通过转发地址采集所需仪器、仪表数据。参考图4。
填写好信息点表和设备信息表后，计算生成控制点表，所述控制点表包括变量标签、数据类型、控制地址，监控系统通过控制地址发下指令、实现对仪器、仪表的控制，参考图5。
填写好信息点表和设备信息表后，通讯网关程序根据此文件设计采集策略。如(多久轮询一次，一次轮询多少寄存器、分几帧轮询，分别用哪几种功能码采集及用哪几种功能码控制等)，参考图6。
填写好信息点表和设备信息表后，通讯网关程序根据此文件配置串口的参数、每个串口总线有多少个仪器、仪表，每个仪器、仪表采用哪个类进行同时程序计算出对上转发和对下控制的地址信息。参考图7。
参考图8和图9，在一较佳实施例中，一种数据采集与数据转发网关实现方法，所述实现方法包括以下步骤：
S1.建立连接：监控系统向通讯网关发出连接请求，通讯网关响应来自监控系统的连接请求，与监控系统建立连接；
S2.通讯链路确认：监控系统向通讯网关发送心跳包，检验通讯链路是否正常，通讯网关向监控系统回应心跳包，确认通讯链路正常，若通讯链路连接异常，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
S3.数据链路确认：监控系统向通讯网关发请求包，确认数据链路是否正常，通讯网关向监控系统回应数据包，确认数据链路正常，数据传送生效，保持长连接，然后处理传送数据，实现循环信息交互，若数据传送超时断开连接，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
其中，通讯网关采用8串口以串行现场总线的通讯方式采集仪器、仪表的数据，通过通讯网关上的开放端口以传输控制协议的方式为监控系统提供数据转发和控制服务，然后监控系统下发控制指令至通讯网关，通讯网关根据监控系统的控制指令将采集的数据转发至仪器、仪表，通讯网关再将仪器、仪表的数据信息传回给监控系统。
在一较佳实施例中，所述通讯网关根据采集设备的类型和数量，自动生成对上转发的信息点表，所述仪器、仪表收集的数据，根据信息点表排列的地址放入相应位置，所述监控系统根据信息点表提供的地址实时采集所需数据。
在一较佳实施例中，监控系统下发控制指令操作中，所述监控系统根据提供的信息点表把控制指令写入通讯网关指定的地址区，所述通讯网关根据地址，计算判断出此控制指令下发到的哪条总线的哪一个仪表设备的位置。下发完成后并把控制设备的反馈信息及时传回给监控系统，实现控制流程的闭环。
在一较佳实施例中，所述通讯网关采用“逢变则报”通讯机制，信息变化主动推送服务，所述通讯网关每次推送一个数据块。
在一较佳实施例中，所述通讯网关根据信息变化的数据推送至监控系统连接的系统客户端。
在一较佳实施例中，所述通讯网关检测不到系统客户端的存在时，所述通讯网关向监控系统发送ping指令，判断通讯链路是否正常。
在一较佳实施例中，所述仪器、仪表将接收的数据存入同步数据模块中，步骤S2中采用同步锁的方式可管理多个任务对同步数据模块进行读写操作，以保证数据的一致性和安全性。所述通讯网关还包括断连续传模块，断连续传操作过程中，通讯网关监测到对上服务的TCP链路断开后，自动执行数据缓存，每隔一段时间把数据缓存至硬盘，当TCP重连后，先传缓存数据，缓存数据传完后，再传实时数据。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
S1.建立连接：监控系统向通讯网关发出连接请求，通讯网关响应来自监控系统的连接请求，与监控系统建立连接；
S2.通讯链路确认：监控系统向通讯网关发送心跳包，检验通讯链路是否正常，通讯网关向监控系统回应心跳包，确认通讯链路正常，若通讯链路连接异常，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
S3.数据链路确认：监控系统向通讯网关发请求包，确认数据链路是否正常，通讯网关向监控系统回应数据包，确认数据链路正常，数据传送生效，保持长连接，然后处理传送数据，实现循环信息交互，若数据传送超时断开连接，则监控系统重新向通讯网关发出连接请求；
其中，通过通讯网关上的开放端口以传输控制协议的方式为监控系统提供数据转发和控制服务，然后监控系统下发控制指令至通讯网关，通讯网关根据监控系统的控制指令将采集的数据转发至仪器、仪表，通讯网关再将仪器、仪表的数据信息传回给监控系统。
2.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述监控系统在空闲时每隔2s向通讯网关发送心跳包。网关在5s内没收到监控系统任何信息，会剔除监控系统连接。
3.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述通讯网关采用8串口以串行现场总线的通讯方式仪器、仪表的数据。
4.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述通讯网关根据采集设备的类型和数量，自动生成对上转发的信息点表，所述仪器、仪表收集的数据，根据信息点表排列的地址放入相应位置，所述监控系统根据信息点表提供的地址实时采集所需数据。
5.根据权利要求4所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述监控系统根据提供的信息点表把控制指令写入通讯网关指定的地址区，所述通讯网关根据地址，计算判断出此控制指令下发到的仪器、仪表的位置。
6.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述通讯网关采用“逢变则报”通讯机制，信息变化主动推送服务，所述通讯网关每次推送一个数据块。
7.根据权利要求6所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述步骤S3中通讯网关根据信息变化的数据推送至监控系统连接的系统客户端。
8.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述通讯网关检测不到系统客户端的存在时，所述步骤S2中通讯网关向监控系统发送ping指令，判断通讯链路是否正常。
9.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述仪器、仪表将接收的数据存入同步数据模块中，采用同步锁的方式对同步数据模块进行读写操作。
10.根据权利要求1所述的数据采集与数据转发网关实现方法，其特征在于，所述通讯网关还包括断连续传模块，当通讯网关检测到传输控制协议链路断开后，自动执行数据缓存，传输控制协议链路恢复连接后，所述断连续传模块建立多条通讯链路传送缓存数据和实时数据。
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